Bảo toàn cơ năng · tàu lượn qua vòng

Chỉ có trọng lực (lực thế) sinh công thì cơ năng được bảo toàn: thế năng chuyển dần thành động năng và ngược lại. Phản lực của đường ray luôn vuông góc với chuyển động nên không sinh công. Xe qua được đỉnh vòng khi được thả từ độ cao h ≥ 2,5R.

W = W_{đ} + W_{t} = hằng số

t = 0 s

Động năng ở đỉnh vòng

½mv² = 1,96 J

Động năng tới hạn

½mgR = 0,98 J

Động năng dư

0,98 J

Năng lượng theo độ cao: W_t + W_đ = W

Khi xe xuống thấp, thế năng giảm bao nhiêu thì động năng tăng bấy nhiêu; tổng E không đổi (khi không có lực cản). Tại đỉnh vòng, động năng phải ít nhất ½mgR xe mới qua được.

Số liệu trực tiếp

Cơ năng ban đầu W5,88 J

Tốc độ ở đáy4,85 m/s

Tốc độ ở đỉnh vòng2,8 m/s

v tối thiểu ở đỉnh √(gR)1,98 m/s

Độ cao tối thiểu h_min1 m

Tỉ số h / h_min1,2

Tốc độ lúc này0 m/s

Phản lực lúc này4,9 N

Thông số

Khối lượng m

Bán kính vòng R

Độ cao thả h

Tốc độ đầu v₀

m/s

Gia tốc trọng trường g

m/s²

Lực cản (0 = không ma sát)

Giải bài toán bằng thí nghiệm

Thả một viên bi (xe nhỏ) không vận tốc đầu từ độ cao 5 m trên đường ray không ma sát. Lấy g = 9,8 m/s². Tính tốc độ của xe khi xuống tới chân dốc.

Bước 1 · Tự giải ra giấy, nhập đáp số của em

Tốc độ ở chân dốcm/s

Bước 2 · Nạp số liệu của đề vào thí nghiệm

Đại lượng	Em tính	Thí nghiệm đo
Tốc độ ở chân dốc	—	chưa đo

Khớp nếu sai lệch không quá 1% (chấp nhận làm tròn).

Công thức

$W = W_{đ} + W_{t} = hằng số$

Qua đỉnh vòng: $v_{đỉnh} \geq \sqrt{g R}$ ⇒ $h_{\min} = 2,5 R$

Có lực cản: $Δ W = - F_{c} \cdot s < 0$ (cơ năng chuyển thành nhiệt)

Bảo toàn cơ năng · tàu lượn qua vòng

Đại lượng

Em tính

Thí nghiệm đo

Tốc độ ở chân dốc

—

chưa đo